Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
_eBook__-_Math_Calculus_Bible.pdf
Скачиваний:
8
Добавлен:
23.08.2019
Размер:
1.23 Mб
Скачать

280

CHAPTER 6. TECHNIQUES OF INTEGRATION

65.

sin mx sin nx dx =

2

 

 

m

 

 

n

 

m + n

+ C; m2 6= n2

 

Z

1

 

 

 

 

 

sin(m + n)x

 

 

 

 

 

sin(m

 

n)x

 

 

 

66.

cos mx cos nx dx =

 

 

m

 

+

 

 

+ C; m2 6= n2

2

 

n

 

m + n

 

Z

1

 

 

 

 

 

 

sin(m + n)x

 

 

 

 

sin(m

n)x

 

 

6.4Trigonometric Integrals

The trigonometric integrals are of two types. The integrand of the first type consists of a product of powers of trigonometric functions of x. The integrand of the second type consists of sin(nx) cos(mx), sin(nx) sin(mx) or cos(nx) cos(mx). By expressing all trigonometric functions in terms of sine and cosine, many trigonometric integrals can be computed by using the following theorem.

Theorem 6.4.1 Suppose that m and n are integers, positive, negative, or zero. Then the following reduction formulas are valid:

Z

1.sinn x

Z

2.sinn−2

 

n

 

n

Z

dx =

−1

sinn−1 x cos x +

(n − 1)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

sinn−1 x cos x +

n

 

 

x dx =

 

 

 

 

n − 1

n − 1

sinn−2 x dx, n > 0

Z

sinn x dx, n ≤ 0

ZZ

3.(sin x)−1 dx = csc x dx = ln | csc x−cot x|+c or − ln | csc x+cot x|+c

Z

4.cosn x dx = n1

Z

5.cosn−2 x dx =

Z

6.(cos x)−1 dx =

Z

 

 

 

n

 

Z

 

 

 

cosn−1 x sin x +

n − 1

 

cosn−2 x dx, n > 0

 

 

 

 

 

n − 1

 

n − 1

Z

 

−1

cosn−1 x sin x +

 

n

cosn x dx, n

 

0

 

 

 

 

Z

sec x dx = ln | sec x + tan x| + c

 

 

7.sinnx cos2m+1 x dx = R sinn x(1 − sin2 x)m cos x dx

=R un(1 − u2)mdu, u = sin x, du = cos x dx

6.4. TRIGONOMETRIC INTEGRALS

281

Z

8.sin2n+1x cosm x dx = R cosm x(1 − cos2 x)n sin x dx

= − R um(1 − u2)ndu, u = cos x, du = − sin x dx

Z

9.sin2n x cos2m x dx = R (1 − cos2 x)n cos2m x dx

=R (1 − sin2 x)m sin2n x dx

Z

2

 

 

m − n

 

 

 

m − n

 

 

 

6

10.

sin(nx) cos(mx)dx =

−1

 

 

cos(m + n)x

+

cos(m − n)x

 

+ c, m2 = n2

 

 

 

 

 

 

 

 

11.

sin(mx) sin(mx) dx =

 

 

 

 

 

m

 

 

 

 

+ c, m2 6= n2

2

 

 

n

 

m + n

Z

1

 

 

 

 

sin(m + n)x

 

 

 

 

 

 

sin(m

 

n)x

 

 

 

 

 

 

12.

cos(mx) cos(mx) dx =

 

 

m

 

+

 

 

 

+ c, m2 6= n2

2

 

n

 

m + n

 

Z

1

 

 

 

 

 

 

sin(m + n)x

 

 

 

 

sin(m

n)x

 

 

 

 

Corollary. The following integration formulas are valid:

 

Z

 

 

tann

1 u

Z

 

 

 

 

 

 

 

13.

tann u du =

 

 

tann−2 u d

 

 

 

 

 

n − 1

 

 

 

Z

 

Z

 

n − 1

 

 

 

 

 

n − 1

14.

 

secn u du =

1

 

secn−2 x tan x +

n

− 2

 

secn−2 x dx

Z

 

 

 

 

 

 

 

 

n − 1

 

 

 

 

n − 1

Z

15.

 

cscn u du =

 

−1

 

cscn−2 x cot x +

n

− 2

 

cscn−2 x dx

 

 

 

 

 

Exercises 6.4 Evaluate each of the following integrals.

1.

Z

sin5 x dx

2.

Z

cos4 x dx

3.

Z

tan5 x dx

4.

Z

cot4 x dx

5.

Z

sec5 x dx

6.

Z

csc4 x dx

282

 

 

CHAPTER 6. TECHNIQUES OF INTEGRATION

7.

Z

sin5 x cos4 x dx

8.

Z

sin3 x cos5 x dx

9.

Z

sin4 x cos3 x dx

10.

Z

sin2 x cos4 x dx

11.

Z

tan5 x sec4 x dx

12.

Z

cot5 x csc4 x dx

13.

Z

tan4 x sec5 x dx

14.

Z

cot4 x csc5 x dx

15.

Z

tan4 x sec4 x dx

16.

Z

cot4 x csc4 x dx

17.

Z

tan3 x sec3 x dx

18.

Z

cot3 x csc3 x dx

19.

Z

sin 2x cos 3x dx

20.

Z

sin 4x cos 4x dx

21.

Z

sin 3x cos 3x dx

22.

Z

sin 2x sin 3x dx

23.

Z

sin 4x sin 6x dx

24.

Z

sin 3x sin 5x dx

25.

Z

cos 3x cos 5x dx

26.

Z

cos 2x cos 4x dx

27.

Z

cos 3x cos 4x dx

28.

Z

sin 4x cos 4x dx

6.5Trigonometric Substitutions

Theorem 6.5.1 (a2 − u2 Forms). Suppose that u = a sin t, a > 0. Then

6.5. TRIGONOMETRIC SUBSTITUTIONS

283

 

 

 

 

a2 − u2 = a2 cos2 t,

 

 

 

 

= a cos t, t = arcsin(u/a),

du = a cos tdt,

a2 − u2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u

 

 

 

a

2

− u

2

 

 

 

 

 

 

u

 

sin t =

, cos t =

 

 

 

, tan t =

 

 

 

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a

 

 

 

 

a

 

 

 

 

 

 

a2 − u2

 

cot t =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a2 − u2

,

sec t =

 

 

 

a

,

csc t

a

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u

 

 

 

 

 

a2 − u2

 

 

 

 

 

u

 

graph

The following integration formulas are valid:

1.

Z

a2 − u2 = −2 ln |a2 − u2| + c

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

udu

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Z

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a

 

 

a2 − u2

 

 

 

 

2a

 

 

a + u

 

 

 

 

a

 

 

 

2.

 

 

 

du

=

 

1 ln

 

a − u

 

+ c =

1

arctanh

 

u

 

+ c

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Z

 

 

udu

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.

 

 

 

 

= −a2 − u2 + c

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a2 − u2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.

Z

 

du

 

 

 

= arcsin

u

+ c

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a2 − u2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Z

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5.

 

 

 

du

 

 

 

1

 

 

 

 

 

a

 

a2

 

u2

+ c

 

 

 

 

 

ua2 − u2 = a

 

 

ln u

 

 

u

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Z

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6.

 

du =

2

arcsin a

+ 2 u

 

 

 

a2 − u2

a2

− u2 + c

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

Proof. The proof of this theorem is left as an exercise.

284

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

CHAPTER 6.

 

 

TECHNIQUES OF INTEGRATION

Theorem 6.5.2 (a2 + u2 Forms). Suppose that u = a tan t, a > 0. Then

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 tdt, a2

 

 

 

 

u2

 

 

 

 

 

a2 sec2 t,

 

 

 

 

 

 

 

 

= a sec t, t = arctan

u

 

 

 

 

 

 

du

 

 

 

 

 

a

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a2 + u2

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

secu

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

=

 

 

 

a

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u

 

 

 

 

 

a

 

 

 

 

 

sin t =

 

 

 

 

 

 

 

,

 

cos t =

 

 

 

 

 

 

,

 

 

 

tan t =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a2 + u2

 

a2 + u2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a2

+ u2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a2 + u2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

csc t =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

,

 

sec t =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

,

 

 

 

cot t =

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

graph

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Proof. The proof of this theorem is left as an exercise.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

The following integration formulas are valid:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.

Z

 

 

udu

 

=

1

 

 

ln

 

a2

+ u2 + c

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a2 + u2

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Z

 

 

 

 

 

du

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

arctan

 

 

+ c

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a2 + u2

 

a

a

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Z

 

 

 

 

 

udu

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.

 

 

 

 

 

 

= a2 + u2 + c

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a2 + u2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Z

 

 

 

 

 

 

 

du

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.

 

a2 + u2

= ln

 

u + a2 + u2

 

+ c

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Z

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5.

 

 

 

 

 

 

 

 

du

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a2 + u2

 

 

 

 

 

 

 

 

a

+ c

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ua2 + u2 = a ln

 

 

 

 

 

 

 

 

u

 

 

 

 

 

u

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Z

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6.

 

2

 

 

 

 

2

 

 

du =

 

 

 

2

 

 

 

2

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

2

 

+ c

 

 

 

 

 

 

 

a + u

 

 

 

 

2 u a + u

 

 

 

 

 

2

 

 

ln u + a + u

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Theorem 6.5.3 (u

2

 

− a

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Forms) Suppose that u = a sec t, a > 0. Then

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u2

 

 

 

 

a2 = a2 tan2 t,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u

 

du

 

 

a sec t tan t dt,

 

 

u2

 

 

a2

= a tan t, t = arcsec

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a

 

 

 

 

 

u

2

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u

2

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

sin t =

 

 

 

 

 

 

 

− a

, cos t =

 

,

 

 

tan t =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

− a

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

csc t =

 

, sec t =

 

 

,

 

 

cot t =

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u2 − a2

 

 

 

u2 − a2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6.5. TRIGONOMETRIC SUBSTITUTIONS

285

 

graph

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Proof. The proof of this theorem is left as an exercise.

 

 

The following integration formulas are valid:

 

1.

Z

u2

− a2 =

 

2 ln u2 − a2 + c

 

 

 

udu

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Z

u2

a2

 

 

 

 

2a

 

 

u + a

 

 

 

 

2.

 

 

 

=

 

1

 

ln

 

u

− a

 

+ c

 

 

 

 

du

 

 

 

 

 

Z

 

udu

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

2

 

 

 

 

3.

 

 

 

= u

 

− a + c

 

u2 − a2

 

 

 

4.

Z

u2

− a2

= ln u + u2 − a2 + c

 

 

 

 

 

du

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5.

Z

uu2 − a2

= a

arcsec

a

+ c

 

 

 

 

du

1

 

 

 

 

 

 

u

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

a2

 

6.

Z √u2 − a2 du =

2

uu2 − a2

2

ln u + u2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Exercises 6.5 Prove each of the following formulas:

 

Z

u du

 

 

 

 

1

ln |a2 − u2| + C

 

 

 

1.

 

 

 

 

=

 

 

 

 

 

a2 − u2

2

 

 

 

 

Z

a2 − u2

 

 

 

2a

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a + u

 

 

 

 

 

2.

 

 

du

 

 

=

1

 

 

ln

a − u

+ C

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Z

u du

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

− u

2

 

 

 

 

 

 

3.

 

 

 

= − a

 

 

+ C

 

 

 

a2 − u2

 

 

 

 

 

4.

Z

 

du

 

 

 

 

= arcsin

u

+ C, a > 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a

 

a2 − u2

 

 

5.

 

ua2

 

 

u2 = a

ln

u

 

 

 

 

+ C

 

 

 

 

u

 

 

Z

 

 

du

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

a

 

 

 

 

a2

u2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

− a2 + c

286

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

CHAPTER 6.

TECHNIQUES OF INTEGRATION

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Z √a2 − u2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6.

du =

 

 

 

 

 

arcsin

 

+

 

 

 

ua2 − u2 + C, a > 0

 

 

2

 

a

2

7.

Z

a2 + u2 = 2 ln a2

+ u2 + C

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u du

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Z

 

 

 

du

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8.

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

arctan

 

+ C

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a2 + u2

a

a

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

9.

Z

a2 + u2

= a2 + u2 + C

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Z

 

 

 

u du

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10.

a2 + u2

= ln u + a2 + u2

 

 

+ C

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

du

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Z

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u + C

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

11.

ua2 + u2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

= a ln

a

u

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

du

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

+ u

 

 

 

 

a

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a

 

 

 

 

 

 

 

 

 

12.

Z √a2 + u2

du =

 

 

 

 

 

 

+ u2

+

 

 

 

a2 + u2

 

+ C

 

2 ua2

2

 

 

 

ln u +

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

13.

Z

u du

=

1

 

ln

 

u2

− a2

+ C

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u2 − a2

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Z

u2 − a2

 

 

 

 

2a

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u + a

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

14.

 

 

 

 

du

=

1

 

 

 

ln

 

u

− a

 

+ C

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Z

 

 

 

u du

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= u

2

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

15.

 

 

 

 

− a + C

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u2 − a2

 

 

 

+ C

 

 

 

 

 

 

 

 

16.

Z

u2 − a2

= ln u + u2 − a2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

du

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Z

 

 

 

 

 

du

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

17.

u

 

 

=

 

 

 

 

arcsec

 

 

+ C

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a

a

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u2 − a2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

18.

Z √u2 − a2

du =

 

2

 

uu2

− a2

2

 

 

 

 

ln

u +

u2 − a2

 

+ C

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Evaluate each of the following integrals:

6.5.

TRIGONOMETRIC SUBSTITUTIONS

19.

Z

4 − x2

20.

Z

4 − x2

 

 

 

 

 

 

x dx

 

 

 

 

 

 

 

dx

 

 

 

 

 

 

 

 

22.

Z

4 − x2

23.

Z

9 + x2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x dx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

25.

Z

9 + x2

26.

Z

9 + x2

 

 

 

 

 

 

x dx

 

 

 

 

 

 

 

dx

 

 

 

 

 

 

 

 

28.

Z

x2 − 16

29.

Z

x2 − 16

 

 

 

 

 

 

 

 

dx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x dx

 

 

 

 

31.

Z

xx2

− 4

32.

Z

x9 − x2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Z

 

 

 

 

 

 

 

dx

 

Z

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

34.

9 − x2

35.

4 − 9x2

 

 

 

 

Z

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Z

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

37.

x

 

dx

38.

x

 

 

 

 

 

dx

4 + x2

x2

 

 

16

 

 

Z

(9 − x2)2

 

Z

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

40.

41.

(x2 − 16)2

 

 

 

 

 

 

 

 

dx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Z

 

 

 

 

 

 

 

Z

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+ x2

 

 

 

 

 

 

 

x2

 

 

4

 

 

 

 

 

 

43.

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

44.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dx

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

46.

Z

x24 − x2

47.

Z

x2x2

− 4

 

 

 

 

 

 

dx

 

 

 

 

 

 

 

 

dx

 

 

 

 

 

 

 

 

49.

Z

x2 − 4x + 12

50.

Z

4x − x2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dx

 

 

 

 

 

 

 

dx

 

 

 

 

 

 

 

 

52.

Z

4x − x2

53.

Z

x2 − 2x + 5

 

 

 

 

 

dx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dx

 

 

 

55.

Z

x2 x

 

2x + 5

56.

Z

x2 + 4x + 13 dx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

Z

287

21.

4x− x2

 

 

 

 

dx

 

24.

Z

9 + x2

 

 

dx

 

27.

Z

x2 − 16

 

 

x dx

 

30.

Z

 

dx

 

 

 

 

 

 

x2 16

 

 

 

 

 

 

 

Z

 

 

 

33.

x

dx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x2 + 16

 

 

 

36.

Z

x2

 

dx

1 x2

 

Z

 

 

 

39.

 

 

dx

 

 

 

 

 

 

 

 

(9 + x2)2

42.

Z

 

 

 

dx

 

 

 

 

 

 

 

(4 + x2)3/2

45.

Z

x2x2 + 4

 

 

 

 

 

dx

 

48.

Z

x2 − 2x + 5

 

 

 

 

 

dx

 

51.

Z

x2 − 4x + 12

 

 

 

 

 

dx

 

Z

 

 

 

dx

54.

x

 

x2 − 4x − 12

Z

57.(5 − 4x − x2)1/2dx